CN107240559A - 一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统及方法，通过在刻蚀腔体内安装光谱收集器，收集反应物和生成物的光谱强度，并通过光谱分析仪将其转换为测试光谱曲线，并与预先得到的基准光谱曲线进行对比，得到金属杂质是否超标的结果，再通过工艺控制电脑根据上述结果对刻蚀腔体内的工艺进行继续或停止的操作。该方法能够对刻蚀腔体中的金属杂质的含量实时进行监控，既能节省用于监控的硅片成本和测试时间成本，同时更能使监控频度从定期监控升级到实时监控，在腔体出现问题时，能第一时间知晓，从而将影响范围控制到最小。

Description

一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统及方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地，涉及一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统和方法。
背景技术
在半导体制造的前道工艺中，金属杂质可能导致器件电性的变化，尤其在图形传感器的器件制作中，金属杂质的管控更是影响产品良率的重要影响因素。因此，对于前道刻蚀腔体，金属杂质的管控就尤为重要。
请参阅图1和图2，图1是现有技术的监控刻蚀腔体金属杂质含量的过程示意图，图2是现有技术的监控刻蚀腔体金属杂质含量的方法示意图。如图1所示，现有技术中对刻蚀腔体金属杂质监控的方法是定期(通常1天1次)准备一枚金属测试硅片(氧化膜片或硅光片)，将其放入刻蚀腔体中，采用机台正常作业时的反应条件(包括反应物种类及流量、压强、温度及反应时间等)刻蚀金属测试硅片，待反应完成后，取出金属测试硅片，对其进行电感耦合等离子质谱分析(ICP-MS)或全反射X射线荧光分析(TXRF)，最后，根据测试分析结果反馈到生产控制系统，通过生产控制系统控制机台继续作业或停机。如图2所示，金属监控片测试结果确认，如果金属杂质含量正常，则继续进行工艺；否则，停止工艺，并确认受影响产品范围。通常对从上次监控OK到本次监控NG期间作业的所有产品逐个进行质量鉴定。通过以上描述可以看出，现有方法存在一定的局限性：(1)无法实时监控；(2)结果反馈耗时久；(3)使用大量测试硅片且无法循环使用，监控成本高；(4)NG后需要耗费长时间对可疑产品进行质量鉴定，严重降低了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统及方法，通过将实时监控的测试光谱曲线与预先收集的基准光谱曲线进行比对，实现实时监控刻蚀腔体中金属杂质含量的目的，既能节省用于监控的硅片成本和测试时间成本，同时又能使监控频度从定期监控升级到实时监控，在腔体出现问题时，能第一时间知晓，从而将影响范围控制到最小。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其中，包括：刻蚀腔体，其内具有支撑硅片的硅片放置平台；光谱收集器，其探头安装于刻蚀腔体的侧壁或顶部，用来收集刻蚀腔体内反应物和生成物的光谱强度，并通过光纤传送到光谱分析仪中；光谱分析仪，其与光谱收集器相连，用于接收来自光谱收集器的光谱强度并将其转换为光谱曲线，通过将实时监控的测试光谱曲线与预先收集的基准光谱曲线进行比对，计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，并判断上述相对差异是否在误差允许范围内；及工艺控制电脑，其与光谱分析仪相连，用于接收来自光谱分析仪的结果，并根据结果对刻蚀腔体内的工艺进行继续或停止的操作。
优选地，所述基准光谱曲线是在金属含量正常的刻蚀腔体内所得到的曲线。
优选地，所述光谱强度表征对应波长的物质含量。
优选地，所述测试光谱曲线和基准光谱曲线为刻蚀特定时间段内，特定波长的强度随时间变化的曲线。
优选地，所述测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异为在特定时间段内，特定波长的光谱强度总和的相对差异。
优选地，所述测试光谱曲线和基准光谱曲线为刻蚀特定时间点时，不同波长的强度随波长变化的曲线。
优选地，所述测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异为特定时间点时，特定波长的光谱强度的相对差异。
优选地，所述光谱分析仪通过对波长的分析能确定超标的金属种类，进一步确定导致该金属杂质超标的工艺环节。
优选地，所述金属杂质包括钠、钾、铁、镍、铜、铝、镁、铅、锌。
一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的方法，包括以下步骤：
步骤S01：将产品或非产品片放入金属含量正常的刻蚀腔体内进行作业，并由光谱收集器收集反应物和生成物的光谱强度，经光谱分析仪对接收到的光谱强度进行分析转换，得到基准光谱曲线，可以通过ICP-MS测试验证刻蚀腔体内的金属含量是否正常；
步骤S02：机台正常作业产品或非产品片；
步骤S03：在作业产品或非产品片的同时，光谱收集器收集反应物和生成物的光谱强度；
步骤S04：光谱分析仪接收来自光谱收集器的光谱强度信息，将其转换成测试光谱曲线，并与步骤S01得到的基准光谱曲线进行比对，计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，并判断上述相对差异是否在误差允许范围内；
步骤S05：将光谱分析仪的结果传送给工艺控制电脑，工艺控制电脑根据结果对刻蚀腔体内的工艺作出判断，若结果为测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异小于误差允许范围，则监控OK，工艺控制电脑控制刻蚀腔体内的工艺继续执行步骤S02-S05；若结果为测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异大于等于误差允许范围，则监控NG，工艺控制电脑发出异常警报并停止机台作业。
从上述技术方案可以看出，本发明提供了一种新的监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统及方法，通过在刻蚀腔体内安装光谱收集器，收集生成物和反应物的光谱强度，并通过光谱分析仪转换为测试光谱曲线，并与基准光谱曲线进行对比，得到金属杂质是否超标的结果，再通过工艺控制电脑根据上述结果对刻蚀腔体内的工艺进行继续或停止的操作。该方法能够对刻蚀腔体中的金属杂质的含量实时进行监控，既能节省用于监控的硅片成本和测试时间成本，同时更能使监控频度从定期监控升级到实时监控，在腔体出现问题时，能第一时间知晓，从而将影响范围控制到最小。
附图说明
图1是现有技术的监控刻蚀腔体金属杂质含量的过程示意图；
图2是现有技术的监控刻蚀腔体金属杂质含量的方法示意图；
图3是本发明的一种监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统的结构示意图；
图4是本发明的一种监控刻蚀腔体金属杂质含量的方法示意图；
图5是基准光谱曲线为刻蚀特定时间段内，特定波长的强度随时间变化的示意图；
图6是基准光谱曲线为刻蚀特定时间点，不同波长的强度随波长变化的示意图；
图7是测试光谱曲线和基准光谱曲线为刻蚀特定时间段内，特定波长的强度随时间变化的曲线时，测试光谱强度与基准光谱强度的比较示意图。
图8是测试光谱曲线和基准光谱曲线为为刻蚀特定时间点，不同波长的强度随波长变化的曲线时，测试光谱强度与基准光谱强度的比较示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图3，图3是本发明的一种监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统的结构示意图。如图3所示，一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，包括：刻蚀腔体，其内具有支撑硅片的硅片放置平台；光谱收集器，其探头安装于刻蚀腔体的侧壁或顶部，用来收集刻蚀腔体内反应物和生成物的光谱强度，并通过光纤传送到光谱分析仪中；光谱分析仪，其与光谱收集器相连，用于接收来自光谱收集器的光谱强度并将其转换为光谱曲线，通过将实时监控的测试光谱曲线与预先收集的基准光谱曲线进行比对，计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，并判断上述相对差异是否在误差允许范围内；及工艺控制电脑，其与光谱分析仪相连，用于接收来自光谱分析仪的结果，并根据结果对刻蚀腔体内的工艺进行继续或停止的操作。
请参阅图4，图4是本发明的一种监控刻蚀腔体金属杂质含量的方法示意图。如图4所示，一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的方法，包括以下步骤：
步骤S01：将产品或非产品片放入金属含量正常的刻蚀腔体内，并由光谱收集器收集反应物和生成物的光谱强度，经光谱分析仪对接收到的光谱强度进行分析转换，得到基准光谱曲线。
在此步骤中，可以通过ICP-MS测试验证刻蚀腔体内的金属含量是否正常，其中金属杂质包括钠、钾、铁、镍、铜、铝、镁、铅、锌或者其他任意影响产品或非产品片刻蚀的金属。
在此步骤中，如图5所示，基准光谱曲线是刻蚀特定时间段内，特定波长的强度随时间变化的曲线，即在t1-tn时间段内，波长λ1的特定波长的强度随时间变化的曲线。因此，在基准光谱曲线中，横坐标为时间t，纵坐标为特定波长的光强I；对特定波长λ1选取特定时间段t1-tn，截取相应的光谱强度I形成基准光谱曲线。
如图6所示，基准光谱曲线是刻蚀特定时间点时，不同波长的强度随波长变化的曲线，即在一个特定的时间点，波长λ1-λn的光谱强度与其对应波长的曲线。因此，在基准光谱曲线中，横坐标为波长λ，纵坐标为不同波长的光强I；在特定的时间点t1截取相应的光谱强度I形成基准光谱曲线。
每种反应物和有其特定波长，通过对波长的分析，可以确定该波长所对应的物质，光谱强度表征对应波长的物质含量。通过对金属含量正常的刻蚀腔体进行反应物和生成物取样，得到正常工艺下的各反应物和生成物的含量信息，将其作为标准，以后机台作业得到的反应物和生成物的含量与其作对比，可以方便地比较出各反应物和生成物的含量变化。
步骤S02：机台正常作业产品或非产品片。
步骤S03：在作业产品或非产品片的同时，光谱收集器收集反应物和生成物的光谱强度。
在该步骤中，光谱收集器位于刻蚀腔体的侧壁或顶部，能够实时收集被刻蚀硅片周围的反应物和生成物的光谱强度。
步骤S04：光谱分析仪接收来自光谱收集器的光谱强度，将其转换成测试光谱曲线，并与步骤S01得到的基准光谱曲线进行比对，计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，并判断上述相对差异是否在误差允许范围内。
在该步骤中，基准光谱曲线有两种，相对应的，测试光谱曲线也有两种，即刻蚀特定时间段内，特定波长的强度随时间变化的曲线以及刻蚀特定时间点时，不同波长的强度随波长变化的曲线。
如图5和图7所示，当测试光谱曲线和基准光谱曲线为刻蚀特定时间段内，特定波长的强度随时间变化的曲线时，在实时监控的生产过程中，对特定波长λ1选取特定时间段t1-tn，截取相应的光谱强度I2形成测试光谱曲线，对波长λ1在时间点t1-tn段对应的基准光谱强度I0和测试光谱强度I2分别求和ΣI0和ΣI2；计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，计算公式：D1＝(ΣI2－ΣI0)/ΣI0×100％，判断上述相对差异是否在误差允许范围内。在此种方案中，通过对一段时间的整体信号数据进行比较，以降低信号干扰带来的误差。
如图6和图8所示，当测试光谱曲线和基准光谱曲线为刻蚀特定时间点，不同波长的强度随波长变化的曲线时，在实时监控的生产过程中，在特定的时间点t1截取相应的光谱强度I1形成测试光谱曲线，在时间点t1，波长λ1对应的基准光谱强度和测试光谱强度分别是I0和I1；计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，计算公式：D1＝(I1－I0)/I0×100％，判断上述相对差异是否在误差允许范围内。在此中方案中，计算比较过程比较迅速，但误差风险会因可能发生的信号干扰而增加。
该光谱分析仪通过对波长的分析能确定超标的金属是哪一种金属，以及确定该种金属的增量。既然知晓超标金属为何种金属，则可以反推工艺过程，进一步确定导致该金属杂质超标的工艺环节，便于查找事故原因，及时改善工艺环境，提高成品率。
步骤S05：将光谱分析仪的结果传送给工艺控制电脑，工艺控制电脑根据结果对刻蚀腔体内的工艺作出判断，若结果为测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异小于误差允许范围，则监控OK，工艺控制电脑控制刻蚀腔体内的工艺继续执行步骤S02-S05；若结果为测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异大于等于误差允许范围，则监控NG，工艺控制电脑发出异常警报并停止机台作业。
在该步骤中，工艺控制电脑与光谱分析仪相连，用来接收来自光谱分析仪的结果，若监控到金属杂质超标，即监控NG，则立即触发工艺控制电脑的报警装置，同时停止机台作业，则只有当前作业的一片产品的质量不合格，不仅提高了产品的成品率，而且节约了产品检验的时间成本，提高了生产效率。
综上所述，本发明提供了一种新的监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统及方法，通过在刻蚀腔体内安装光谱收集器，收集反应物和生成物的光谱强度，并通过光谱分析仪将其转换成测试光谱曲线，并与基准光谱曲线进行对比，得到金属杂质是否超标的结果，再通过工艺控制电脑根据上述结果对刻蚀腔体内的工艺进行继续或停止的操作。该方法能够对刻蚀腔体中的金属杂质的含量实时进行监控，既能节省用于监控的硅片成本和测试时间成本，同时更能使监控频度从定期监控升级到实时监控，在腔体出现问题时，能第一时间知晓，从而将影响范围控制到最小。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，包括：
刻蚀腔体，其内具有支撑硅片的硅片放置平台；
光谱收集器，其探头安装于刻蚀腔体的侧壁或顶部，用来收集刻蚀腔体内反应物和生成物的光谱强度，并通过光纤传送到光谱分析仪中；
光谱分析仪，其与光谱收集器相连，用于接收来自光谱收集器的光谱强度并将其转换为光谱曲线，通过将实时监控的测试光谱曲线与预先收集的基准光谱曲线进行比对，计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，并判断上述相对差异是否在误差允许范围内；
及工艺控制电脑，其与光谱分析仪相连，用于接收来自光谱分析仪的结果，并根据结果对刻蚀腔体内的工艺进行继续或停止的操作。
2.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述基准光谱曲线是在金属含量正常的刻蚀腔体内所得到的曲线。
3.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述光谱强度表征对应波长的物质含量。
4.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述测试光谱曲线和基准光谱曲线为刻蚀特定时间段内，特定波长的强度随时间变化的曲线。
5.根据权利要求4所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异为在特定时间段内，特定波长的光谱强度总和的相对差异。
6.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述测试光谱曲线和基准光谱曲线为刻蚀特定时间点时，不同波长的强度随波长变化的曲线。
7.根据权利要求6所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异为特定时间点时，特定波长的光谱强度的相对差异。
8.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述光谱分析仪通过对波长的分析能确定超标的金属种类，进一步确定导致该金属杂质超标的工艺环节。
9.根据权利要求1所述的实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的系统，其特征在于，所述金属杂质包括钠、钾、铁、镍、铜、铝、镁、铅、锌。
10.一种利用权利要求1所述的系统实时监控刻蚀腔体金属杂质含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：将产品或非产品片放入金属含量正常的刻蚀腔体内进行作业，并由光谱收集器收集反应物和生成物的光谱强度，经光谱分析仪对接收到的光谱强度进行分析转换，得到基准光谱曲线；
步骤S02：机台正常作业产品或非产品片；
步骤S03：在作业产品或非产品片的同时，光谱收集器收集反应物和生成物的光谱强度；
步骤S04：光谱分析仪接收来自光谱收集器的光谱强度信息，将其转换成测试光谱曲线，并与步骤S01得到的基准光谱曲线进行比对，计算出测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异，并判断上述相对差异是否在误差允许范围内；
步骤S05：将光谱分析仪的结果传送给工艺控制电脑，工艺控制电脑根据结果对刻蚀腔体内的工艺作出判断，若结果为测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异小于误差允许范围，则监控OK，工艺控制电脑控制刻蚀腔体内的工艺继续执行步骤S02-S05；若结果为测试光谱强度与基准光谱强度的相对差异大于等于误差允许范围，则监控NG，工艺控制电脑发出异常警报并停止机台作业。
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